基于图像定位的自动点胶机系统设计

彭雄良+师君+吴秋霞++汤磊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.158

摘 要：该文主要介绍基于图像定位的自动点胶机系统的相关设计技术，主要包括系统整体方案设计、自动微调系统设计、XYZ轴的运动控制模块设计、供图形测量数显系统设计、嵌入式结构设计等。该自动点胶机能够极大地提高我国电子产品的数量和质量。

关键词：图像定位 自动点胶机 运动模组 图形测量

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0158-02

在所有的制造工序中，点膠工序不仅占用的工人最多、费的工时最长，工人的工作条件也是最恶劣的。同时它也是影响电子产品质量的重要因素之一。现阶段，大部分点胶工作都是由工人手工完成的，无法保证点胶的质量，不合格的涂胶不仅破坏电子产品的品质、美观，还会造成脱胶，引起事故。为了提高电子产品点胶的均勻性、一致性、快速性，应大力研究和推广提高点胶工序的自动化程度。该文介绍一种新型的基于图像定位的自动点胶机，它适用于点、直线、圆弧以及任意不规则产品的点胶、涂胶，其运动参数下载方便，可直接输入运行参数进行编程[1]。

1 点胶机系统的整体设计方案

根据合作公司对自动点胶机工艺具体要求，该文研究的基于图像定位的自动点胶机主要由机械部分、运动电机、运动控制系统、图像测量数显系统、计算机相关硬件设备和软件构成，其结构示意图如图1所示。其中，机械部分主要是一个（X、Y、Z）坐标的三自由度传动机构，通过机械的移动可以把胶头定位到空间任一三维坐标。每个坐标轴上安装一个伺服电机，运动控制器控制电机转动，电机带动机械运动。每个坐标轴均采用线性导轨和研磨级丝杆以及伺服电机共同构成一个运动模组。图像测量数显系统包括LED光源和CCD镜头，CCD镜头模块对点胶目标转化为图像信号，传送给计算机系统，经过图像算法处理，与事先存储的图像特征进行比较，获取正确的点胶位置[2]。

2 新型自动微调系统的设计

为提高自动点胶机的点胶位置精度，项目设计了新型点胶阀微调系统，其系统结构图如图2所示。通过编程，XYZ三轴运动模组移动产品至大体点胶位置，将胶桶直接放入供胶模组内，通过向供胶模组内注入高压，将胶桶内胶压出胶桶，实现对胶阀平稳、连续的供胶。CCD镜头模块对点胶对象进行图像采集，对每个对象的mark点进行视觉对位，再由电脑计算mark点偏移尺寸，如图3所示。根据计算得出的mark点偏移，利用胶阀微调模组，对两个胶阀的XYZ相对位置进行自动补正和精确调整，从而保证点胶位置精准。

3 XYZ轴的运动控制模块

XYZ轴的运动控制模块均由智能控制系统连接电机和伺服系统构成，其电气图如图4所示。智能控制系统通过图像识别结果和程序对XYZ轴的点胶位置进行控制。在进行加工任务时，X轴使旋转台左右移动，将旋转台中心X值移动到与胶头X坐标相同，同时利用X轴可提高相机标定的精度；Y轴可使旋转台前后移动，在胶头出胶的任意时刻，Y轴移动可使摄像头和胶头相对位置不发生变化，这样可确保胶水没有外漏；Z轴主要负责胶头的上下垂直运动，出胶前后需要胶头的位置比出胶时的位置稍微高一些。三个直线轴均采用伺服电机进行驱动。

4 图形测量数显系统设计

图形测量数显系统主要包括影像显示模块、测量模块、记录模块、数据分析模块，其中影像显示模块是基础，测量模块是主体，分析模块是手段，它们与记录模块以及报表输出模块构成了该系统的整体框架。影像显示模块用于捕捉工件影像，显示工件各个部分的结构；测量模块是利用几何图形测量工具对影像显示模块中显示的工件影像进行形位测量；记录模块则记录测量模块所测得的结果，以图形和数据的形式显示出来，并以DXF文件格式记录测量程序，可实现自动测量；数据分析模块对记录模块中所记录的测量数据进行分析与其他类似的系统相比，该系统为模块化设计，具有很高的移植性以及更高效率。并且该系统还具有自动对焦、SPC数据分析、自动光源控制等功能，测量精度在5u范围内。

5 嵌入式结构设计

目前，大多数点胶机都是独立于客户已有的生产线的设备。为与客户现有标准流水生产线直接连接，完成对产品的自动点胶工作，本项目采用嵌入式结构进行设计，可直接安装与客户流水线上。产品可通过治具顶紧模组、产品压紧模组和快速拔料模组与标准生产线相连接。模组初始状态治具挡位导杆升起，阻挡来料治具，治具检测光电开关检测到治具到位后，模组顶升气缸动作，治具顶升基板将来料治具顶起，脱离原有流水生产线（避免因原有流水生产线不平，对产品点胶工序的影响），等待点胶模组完成治具上产品点胶工作，点胶完成后，模组顶升气缸下降，治具挡位气缸下降，产品重新回到原有流水生产线上，流向下一工位。限于篇幅，不再对产品压紧模组和快速拔料模组进行说明。

6 结语

本项目产品行程序丝杠测试、自动复位测试、压垫喷阀测试后，与业界当前技术指标数据对比如表1所示。

通过对比，可以看出本项目自主研发的基于图像处理技术的高性能自动化点胶机，精度较高、定位较准，能够极大地提高我国电子产品的数量和质量，具有深远的意义。东莞有数量众多的电子厂，以每家电子厂配置2～3台该点胶机为参考，将会为东莞创造数百亿的产值。

参考文献

[1] 项罗毅.自动点胶技术在功率模块快速封装中的应用[J].装备制造技术，2015（1）：175-176.

[2] 何勰绯.基于工业PC的取料机械手控制系统[J].工业控制计算机，2009（7）：6-7.